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出版者:中国电力

作者:刘少强,张靖

出品人:

页数:366

译者:

出版时间:2008-1

价格:36.00元

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isbn号码:9787508361055

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《电子元器件原理与选型宝典》 内容概述： 本书深入剖析了现代电子系统中最为核心的组成部分——电子元器件的内在原理、特性参数以及在实际工程设计中的选型策略。不同于侧重于特定领域应用的读物，本书致力于构建读者对各类电子元器件的全面、系统且深入的认知，强调“知其然，更知其所以然”。全书共分为十五章，循序渐进地讲解了电阻、电容、电感、二极管、三极管、场效应管、集成运放、逻辑门电路、时序逻辑电路、电源管理芯片、微控制器、存储器、接口电路、传感器（基础原理部分）以及特殊功能器件等电子元器件的原理、分类、关键参数、失效模式、检测方法和最重要的选型原则。 第一章 导言：电子元器件的基石 本章将带领读者进入电子元器件的宏观世界。首先，回顾电子元器件在电子技术发展中的历史地位与演变，强调其作为信息处理和能量转换的微观载体的重要性。接着，定义电子元器件的基本概念，区分无源器件与有源器件。随后，介绍电子元器件分类的常用依据，如按功能、按材料、按封装等，为后续章节的学习奠定基础。最后，强调理解电子元器件原理对于解决实际工程问题、优化电路性能、提高产品可靠性的关键作用，并简述本书的学习目标和整体结构。 第二章 电阻：电路中的“减速带” 本章详细阐述电阻的工作原理，包括欧姆定律、电阻率、电阻值与温度、电压、尺寸的关系。深入分析不同类型的电阻器，如碳膜电阻、金属膜电阻、氧化膜电阻、绕线电阻、贴片电阻（SMD R）、可变电阻（电位器、微调电阻）等，详解它们的材料构成、制造工艺、优缺点以及适用场景。重点讲解电阻的关键参数，如标称阻值、阻值偏差、功率额定值、温度系数、噪声、寄生电感和电容等，并说明这些参数如何影响电路的实际性能。在选型部分，将提供一套系统的选型流程，包括根据电路功能确定阻值，根据功耗计算功率额定值，考虑温度稳定性、精度要求、尺寸限制以及成本等因素。 第三章 电容：电路中的“蓄水池” 本章深入探究电容的基本原理，包括电荷存储、电场能量、电容的定义及其与电压、电荷的关系。详细介绍各类电容器，如陶瓷电容器（包括高介电常数型和等容型）、电解电容器（铝电解、钽电解）、薄膜电容器（聚酯、聚丙烯）、云母电容器、超级电容器等，分析它们的介质材料、结构特点、性能优势与局限性。重点讲解电容器的关键参数，如标称容量、额定电压、损耗角正切（ESR）、漏电流、温度特性、等效串联电感（ESL）以及寿命等。在选型策略上，将指导读者如何根据滤波、耦合、去耦、储能、定时等不同电路功能选择合适的电容器类型、容量和额定电压，并强调考虑ESR、ESL对高频电路的影响。 第四章 电感：电路中的“能量缓冲器” 本章聚焦电感的工作原理，讲解电磁感应、自感系数、互感以及电感在储存和释放磁场能量方面的作用。详细分类介绍不同类型的电感器，如空心电感、铁氧体磁芯电感、铁芯电感（包括EI型、环形、EE型等）、功率电感、高频电感、共模电感等，分析它们的绕制方式、磁芯材料、屏蔽特性以及各自的适用范围。重点讲解电感器的关键参数，如电感量、允许电流、直流电阻（DCR）、饱和电流、自谐振频率（SRF）以及品质因数（Q值）等，并阐述这些参数对电路的影响。在选型指导方面，将提供从滤波、储能、EMI抑制等不同应用场景出发的选型方法，强调关注电流承载能力、SRF以及Q值。 第五章 二极管：单向导电的“阀门” 本章深入剖析二极管的 PN 结原理，包括正向导通、反向截止、击穿现象以及伏安特性曲线。详细介绍各种类型的二极管，如普通整流二极管、肖特基二极管、快恢复二极管、稳压二极管（齐纳管）、变容二极管、发光二极管（LED）、光电二极管、PIN 二极管等，阐述它们的特殊结构、工作特点和应用领域。重点讲解二极管的关键参数，如正向导通电压、反向击穿电压、最大正向电流、反向漏电流、恢复时间以及封装形式等。选型部分将指导读者如何根据整流、稳压、开关、信号检测、发光等不同功能选择合适的二极管，并注意其耐压、电流能力和响应速度。 第六章 三极管：放大与开关的核心 本章全面解读三极管（BJT）的半导体工作原理，包括载流子运动、电流放大作用和开关特性。详细介绍 NPN 型和 PNP 型三极管，以及不同类型的封装（如TO-92、TO-220）和应用（如通用小功率、功率放大、高频）。重点讲解三极管的关键参数，如静态电流增益（hFE）、截止频率（fT）、集电极最大允许功耗、集电极-发射极击穿电压（VCEO）、基极-发射极击穿电压（VBE）、饱和压降（VCE(sat)）等，并解释这些参数对电路性能的直接影响。选型指导将涵盖如何根据放大电路、开关电路、推挽电路等需求，选择合适的型号、电流增益和耐压参数。 第七章 场效应管：电压控制的“新纪元” 本章重点阐述场效应管（FET）的独特工作原理，包括栅极电场对沟道导电性的控制。详细介绍结型场效应管（JFET）和金属氧化物半导体场效应管（MOSFET），并深入分析 N 沟道和 P 沟道、增强型和耗尽型 MOSFET 的区别。重点讲解 MOSFET 的关键参数，如阈值电压（Vth）、导通电阻（Rds(on)）、漏极电流（Id）、栅极-源极电容（Cgs）、漏极-源极电容（Cgd）、最大功耗等，以及这些参数对驱动、功率开关等应用的影响。选型指导将聚焦于功率 MOSFET 的选择，强调 Rds(on) 的降低以提高效率，以及驱动电压、耐压等级和散热设计。 第八章 集成运放：电路设计的“瑞士军刀” 本章深入介绍集成运算放大器（Op-Amp）作为通用模拟信号处理单元的工作原理和应用。讲解理想运放模型及其基本特性，如高开环增益、高输入阻抗、低输出阻抗。详细介绍各种基本运放电路，如反相放大器、同相比例放大器、加法器、减法器、积分器、微分器等，并分析其传递函数。重点讲解运放的关键参数，如输入失调电压、输入偏置电流、输入阻抗、输出阻抗、压摆率（Slew Rate）、带宽、共模抑制比（CMRR）、电源抑制比（PSRR）等，并说明它们对实际电路性能的影响。选型部分将指导读者如何根据信号类型（直流、交流）、频率范围、精度要求、电源要求等选择合适的运放型号。 第九章 逻辑门电路：数字世界的基石 本章从数字电路的基础出发，详细讲解各种基本逻辑门电路（AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR, XNOR）的工作原理和逻辑功能。分析这些逻辑门电路的实现方式，如 TTL（双极型晶体管逻辑）和 CMOS（互补金属氧化物半导体）系列，比较它们的特性差异（如功耗、速度、驱动能力）。重点讲解数字集成电路的关键参数，如电源电压范围、输入/输出逻辑电平、传播延迟时间、功耗、扇出能力等。选型指导将侧重于根据具体数字系统设计需求，选择合适的逻辑系列和具体芯片，并考虑接口匹配问题。 第十章 时序逻辑电路：存储与状态的演变 本章继续深入数字电路领域，讲解时序逻辑电路（Sequential Logic Circuits）的设计与应用。详细介绍触发器（Flip-Flops，如 D 触发器、JK 触发器、T 触发器）和锁存器（Latches）的工作原理，以及它们在构建寄存器、计数器、移位寄存器等复杂逻辑单元中的作用。分析时钟信号在时序逻辑电路中的重要性，以及同步与异步设计的概念。重点讲解时序逻辑电路的关键参数，如时钟频率、建立时间（Setup Time）、保持时间（Hold Time）、最大时钟频率、输出延迟等。选型部分将指导读者如何根据计数、分频、存储、状态机设计等需求，选择合适的触发器和集成时序逻辑芯片。 第十一章 电源管理芯片：效率与稳定的守护者 本章聚焦于现代电子系统中至关重要的电源管理技术。详细介绍线性稳压器（LDO）和开关稳压器（Buck, Boost, Buck-Boost）的工作原理，分析它们的效率、纹波、瞬态响应等性能差异。介绍电源管理中的其他重要器件，如电压基准源、电荷泵、浪涌抑制器、放电保护电路等。重点讲解电源管理芯片的关键参数，如输入/输出电压范围、输出电流能力、效率、纹波抑制比、瞬态响应速度、保护功能（过流、过压、过温）等。选型指导将强调根据系统功耗、电压需求、效率目标、成本限制以及环境要求，选择合适的电源管理解决方案，并考虑电磁兼容性（EMC）问题。 第十二章 微控制器：嵌入式系统的“大脑” 本章为读者揭示微控制器（MCU）的构成与工作机制，将其视为嵌入式系统的核心。详细介绍 MCU 的基本架构，包括 CPU、内存（ROM, RAM）、外设接口（如 ADC, DAC, Timer, UART, SPI, I2C）以及指令集。分析不同系列的 MCU（如 ARM Cortex-M, AVR, PIC）的特点和优势。重点讲解 MCU 的关键参数，如时钟频率、内存大小、I/O 口数量与类型、外设资源、功耗、工作电压范围、温度范围以及封装形式。选型指导将侧重于根据具体的应用需求，如数据采集、控制、通信、人机交互等，选择合适的 MCU 型号，并考虑开发生态和易用性。 第十三章 存储器：信息的载体与传递者 本章深入探讨各类存储器的原理、特点与应用。详细介绍易失性存储器（RAM），包括静态随机存取存储器（SRAM）和动态随机存取存储器（DRAM），分析它们的读写速度、功耗和数据保持机制。重点介绍非易失性存储器，如只读存储器（ROM）、可编程只读存储器（PROM）、电可擦除可编程只读存储器（EEPROM）以及闪存（Flash Memory），阐述它们的擦写方式、存储容量、读写速度、耐久性等关键参数。选型指导将根据数据存储需求（临时数据、程序代码、配置文件）、读写频率、容量大小、成本以及数据保持要求，选择合适的存储器类型和容量。 第十四章 接口电路：连接世界的桥梁 本章专注于电子系统中信息交互的桥梁——接口电路。详细介绍串行通信接口（如 RS-232, RS-485, USB, I2C, SPI）和并行通信接口（如 GPIO）的工作原理、通信协议和时序。讲解信号电平转换、阻抗匹配、电气隔离等接口设计中的关键技术。重点介绍常见的接口芯片，如驱动器、接收器、电平转换器、隔离器等。选型指导将强调根据通信速率、通信距离、噪声干扰、功耗要求以及被连接设备的接口标准，选择合适的接口芯片和连接方式，并考虑信号完整性问题。 第十五章 特殊功能器件与可靠性 本章作为全书的补充与升华，介绍一些在特定领域扮演重要角色的特殊功能器件，如晶体振荡器、滤波器、时钟发生器、功率器件驱动、传感器接口芯片（仅介绍其接口特性，不深入其传感器原理）、保险丝、浪涌保护器件等，阐述它们的基本原理和应用场景。同时，本章将回归到电子元器件的本质——可靠性。深入探讨电子元器件的失效模式（如开路、短路、参数漂移）、影响可靠性的因素（如温度、湿度、振动、电应力），以及常用的可靠性测试方法和评估标准。最后，强调在实际设计中，如何通过合理的元器件选型、充足的器件裕量、良好的电路设计以及规范的生产工艺来提高电子产品的整体可靠性，为读者构建一个贯穿始终的“质量意识”。 本书旨在为电子工程师、技术爱好者以及相关专业的学生提供一个扎实、全面的电子元器件知识体系。通过系统学习，读者将能够深入理解各类元器件的工作原理，准确把握其关键参数，并能在复杂多变的实际工程项目中，做出明智、高效的元器件选型决策，从而设计出性能优越、稳定可靠的电子产品。

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这本书，光是书名里“传感器设计”这几个字，就足以让我这个常年与电子元件打交道的工程师眼前一亮。我原本以为这会是一本侧重于理论推导和晶圆级工艺的硬核教材，结果翻开后发现，内容广度着实出乎意料。它并没有沉溺于复杂的半导体物理，而是迅速切入到实际应用场景中去探讨如何选择合适的传感元件。比如，它深入剖析了不同类型的压力传感器——从基于压阻效应的硅膜片到电容式的MEMS结构——在处理动态冲击和静态测量时的性能差异与选型考量。更让我感到惊喜的是，书中对环境因素对传感器标定漂移的影响进行了详尽的建模分析，这对于需要长期部署在恶劣环境下的物联网设备开发来说，简直是福音。我记得其中一章专门讨论了光纤传感技术在结构健康监测中的前沿应用，用非常直观的图示解释了光栅反射原理，并配有详尽的信号处理流程图，让一个非专业背景的读者也能快速掌握核心概念。从这本书里，我学到的不仅仅是“如何设计一个传感器”，更是“如何在特定的物理约束和成本预算下，设计出一个鲁棒且经济的传感系统”。这本书的叙述风格偏向于工程实践手册，语言精炼，图表丰富，是案头必备的参考资料。

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坦率地说，市面上很多技术书籍都有一个通病：理论堆砌，案例陈旧。然而，这本书在“应用实例”这块做得非常出色，它明显跟上了近几年的技术发展步伐。我特别关注了其中关于新兴传感技术的部分，比如用于非接触式生命体征监测的毫米波雷达传感器，以及在工业视觉中越来越重要的偏振成像技术。书中对这些前沿技术的工作原理阐述得深入浅出，最重要的是，它不仅停留在原理层面，还提供了实际项目中的调试心得。例如，在某无人机姿态控制的案例中，作者详细记录了陀螺仪零偏的在线补偿过程，以及如何通过迭代算法来校准磁力计的硬铁和软铁误差。这些都是教科书上难以找到的“黄金经验”。此外，它对工业标准和通信协议的介绍也十分到位，比如如何正确配置Modbus RTU或CANopen总线来实现多传感器数据的高效传输。这本书的价值在于，它有效地弥合了基础理论学习与复杂工程实施之间的巨大鸿沟，让读者能真正跨越障碍，将理论知识转化为可工作的系统。

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初次接触这类书籍时，我总担心会陷入晦涩难懂的数学公式泥潭，但《[此处无书名]》的叙事方式却像是一位经验丰富的导师，带着你进行一次由浅入深的技术漫游。它在开篇并没有直接抛出高深的理论公式，而是从一个贴近生活的案例入手——比如智能家居中的温湿度采集问题，然后层层剥茧地引出需要解决的核心技术难题。这种“问题驱动”的教学方法极大地激发了我的学习兴趣。特别值得称赞的是，书中对数据采集和信号预处理部分的处理。它详细介绍了噪声的来源（包括工频干扰、热噪声、1/f噪声等），并系统性地对比了各种滤波算法（如卡尔曼滤波、互补滤波）在实时性、计算资源消耗上的权衡。我尤其欣赏其中关于“嵌入式系统中的ADC选型与精度保证”那一节，它不仅讲解了有效位数和采样率的物理意义，还提供了实际电路图和代码片段示例，展示了如何通过硬件设计优化，比如采用差分输入和屏蔽措施，来最大化传感器的信噪比。这本书的逻辑链条非常清晰，阅读起来酣畅淋漓，仿佛作者深知每一位读者可能在哪里感到困惑，并提前准备好了答案。

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这本书的深度与广度达到了一个令人称奇的平衡点，它成功地避免了将读者带入“万金油”式的肤浅知识海洋，也避开了“曲高和寡”的纯理论泥沼。我尤其想提一下其中对可靠性工程的讨论，这在很多同类书籍中常常被忽略。作者花了相当大的篇幅来讲解MTBF（平均故障间隔时间）的计算模型，以及如何通过冗余设计和故障注入测试来提升系统的健壮性。这对于任何涉及安全关键系统的工程师来说，都是必须掌握的知识点。此外，它还涉及到了设计文档的标准和版本控制的最佳实践，这体现了作者对整个产品生命周期管理的深刻理解。整本书的论述风格稳健而权威，没有夸张的修辞，字里行间流露出的是多年实践积累的扎实功底。读完之后，我感觉自己在面对一个全新的、复杂的传感系统需求时，不再是盲目摸索，而是有了一套清晰的、可验证的设计路线图可依循。这本著作无疑是传感器技术领域内一本里程碑式的、兼顾理论深度和工程实战价值的佳作。

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从排版和学习体验的角度来看，这本书的设计非常人性化。对于一本技术书籍而言，清晰的图表和专业的术语解释至关重要。这本书的图文排版堪称典范，所有的电路原理图、时序图和物理结构示意图都采用了高对比度的配色方案，关键参数和公式都以粗体或高亮形式突出显示，这极大地减少了长时间阅读带来的视觉疲劳。更让我欣赏的是，作者在每一个章节的末尾都设置了“自测与思考”环节，这些问题往往不是简单的知识点复述，而是需要综合运用本章知识进行设计权衡的开放性问题。例如，它会要求读者比较两种不同材料的热电偶在特定高温炉环境下的长期稳定性，这迫使读者必须回到前面章节的内容进行交叉验证。这种主动学习的设计，让这本书不仅仅是工具书，更像是一个互动的学习伙伴。对于自学者来说，这种结构化的反馈机制是极其宝贵的，它能帮你构建起一个稳固的知识框架，而不是零散的知识点堆积。

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